EnglishZacht exoskelet laat duikers tot bijna 30 procent minder lucht ademen
Onderzoekers uit Shenzhen ontwikkelden een zacht exoskelet rond de heup dat duikers helpt bij het trappen met hun benen. In eerdere tests ademden duikers daardoor per minuut 18 tot bijna 30 procent minder lucht, afhankelijk van de beweging.
Duiken is zwaar werk. Bij elke beenbeweging moet je de weerstand van het water overwinnen, en je draagt intussen een duikfles en andere uitrusting. Hoe lang een duiker onder water kan blijven, hangt daardoor af van twee dingen: hoe lang het lichaam het volhoudt en hoeveel lucht er in de fles zit. Wie harder werkt, ademt sneller en is de fles eerder leeg.
Een team onder leiding van professor Wu Xinyu van het Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT), onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen, werkt aan een oplossing: exoskeletten voor onder water. Een exoskelet is een draagbaar apparaat dat de spieren van de drager een handje helpt. Deze versie ondersteunt de beenbewegingen van de duiker, zodat die minder kracht hoeft te zetten. De duiker houdt zelf de regie over waar hij heen zwemt en wat hij doet. Het team beschreef het werk op 21 oktober in een zogeheten Focus-artikel in het vakblad Science Robotics.
Hoe het pak werkt
Het bekendste systeem van het team heet PEAKED. Het is een zacht pak rond de heup, geen stijf robotharnas. Het helpt de duiker zowel bij het naar voren halen van het been als bij het naar achteren duwen. Omdat het pak meegeeft, kan de duiker zijn benen nog groot en natuurlijk bewegen. PEAKED helpt bij drie manieren van bewegen: de beenslag van borstcrawl (op en neer trappen), de beenslag van schoolslag en lopen over de bodem.
Volgens de onderzoekers ademden duikers met PEAKED in eerdere tests per minuut duidelijk minder lucht in. Bij de beenslag van borstcrawl was dat 29,8 procent minder, bij de schoolslag 25,7 procent en bij lopen onder water 18,4 procent. Minder lucht per minuut betekent dat een fles langer meegaat.
Waarom helpt het pak in twee richtingen? Op het land draag je vooral je eigen gewicht, en een exoskelet helpt dan vooral bij het afzetten. Onder water houdt het drijfvermogen je lichaam omhoog, maar remt het water je been af bij elke beweging, heen en terug. Daarom moet de hulp bij beide bewegingen komen.
Nog veel werk voor het in de praktijk kan
De onderzoekers benadrukken dat je een exoskelet voor het land niet zomaar onder water kunt gebruiken. De vorm van het apparaat, de gewrichten die het ondersteunt en het moment en de richting van de hulp moeten passen bij hoe mensen onder water bewegen. Een bruikbaar pak moet ook samengaan met de duikfles en de loodgordel, waterdicht blijven onder hoge druk en in een noodgeval snel af kunnen.
In april meldde de Hongkongse krant South China Morning Post al dat onderzoekers van hetzelfde instituut een duikpak met motoren bij de taille hadden gemaakt dat het zuurstofverbruik tot 40 procent zou verlagen. Volgens dat bericht leest het pak de beenbeweging voortdurend af en geeft het op het juiste moment in elke trap een duwtje, zonder dat het eerst aan de duiker hoeft te wennen. De onderzoekers zelf noemen nu de lagere percentages hierboven.
Voor de toekomst zien ze twee volgende stappen. Een pak dat de hulp vanzelf aanpast aan de duiker, de beweging en de taak. En een pak dat helpt om het lichaam onder water stabiel te houden. Zo kan een eenvoudig hulpmiddel uitgroeien tot een slim draagbaar systeem waarmee duikers zwaar werk met minder moeite doen.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Robots hoeven niet altijd zelfstandig te werken. Dit pak laat zien hoe een draagbare machine een mens sterker maakt in een omgeving waar ons lichaam snel tekortschiet. De duiker beslist, de machine levert kracht op precies het goede moment. In tests leverde dat meetbaar minder ademhaling op, en dus meer tijd onder water. Als volgende versies zich vanzelf aanpassen aan de duiker en zijn taak, kan zo'n pak werk als het inspecteren van pijpleidingen, onderzoek op de zeebodem en berging veiliger en minder zwaar maken.
